程 设
课程名称 数字电子技术 课题名称 循环彩灯控制器 专 业 电气工程及其自动化 班 级学 号姓 名 指导教师
2011年10 月 17 日
课计
湖南工程学院
课 程 设 计 任 务 书
课题名称
数字电子技术 题 目循环彩灯控制器
专业班级 学生姓名 学号 指导老师 审 批
任务书下达日期 2011年 10 月17 日 设计完成日期 2011年 10 月24 日
目录
一、设计电路的总体思路…………………………………2 二、总原理图及其工作过程………………………………3 1、总原理图………………………………………………3 2、电路完整的工作过程…………………………………3 三、单元电路设计…………………………………………4 四、安装与调试……………………………………………11 五、总结与体会……………………………………………12 六、元器件的清单…………………………………………14 七、参考文献………………………………………………14 八、课程设计成绩评分表…………………………………15
一、设计电路总体的思路
根据设计要求，可画出此电路的框架图
根据该任务要求，我们设计的基本原理是：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。根据此要求电路总体上可以分为三部分：一部分电路为控制0.5s的跑动。一部分电路为控制5s的跑动。一部分电路为实现这两种跑动的循环。因此可以选用两个555多谐振荡器（一个周期为0.5秒，一个为5秒）用来控制跑动的速度，再选两个4017芯片，因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其十个输出端会依次输出高电平。这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功能，即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。
二、总原理图及工作过程
1．总原理图
2电路完整工作过程
电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着3组灯（3个一组）的4017芯片送去脉冲，从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。接到高电平的组灯就会发光。这样就实现先红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次0.5s跑动。当最后的绿灯亮完后，即第一部分的单元电路中的4017的第十个输出端（09）输出高电平时，这就给74LS76触发器送去一个脉冲，于是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的一个开关变为断开，从而使第一部分的电路处于不工作状态。而触发器的Q非端同时了输出一
个高电平使4066的另一个开关导通，这时第二部分的电路开始运行。这样就使全部红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。而当绿灯全部亮完后，这时第二部分的4017的第四个输出端（03）输出高电平，也给触发器送去一个脉冲。于Q端和Q非端翻转。这样第二部分的4066的模拟开关断开，控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工作。，而控制着第一部分的4066模拟开关导通，使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。如此实现了3个一组先红灯，后黄灯，再绿灯0.5s依次跑动，让后再9个一组，先红灯，后黄灯，再绿灯持续亮5s.如此循环下去。
三、单元电路设计与参数计算
在整个电路中，其主要的组成部分有：555定时器和4017芯片
组成的 3个一组0.5s依次跑动：
(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是0.5s)
555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的
(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是5s)
4066和74LS76组成的一个循环电路：
（本来是要用hc4060+CD4013（D触发器，用它做2分频电路）+32768Hz的晶振组成秒定时，产生秒脉冲来做循环电路的，不过由于其中的芯片没接触过也比较复杂，所以就没用此方案，改为用4066和74LS76组成的循环电路。）
设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下：
第一部分电路：实现3个一组红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动一次的电路，电路如下图：
此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端口，而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口，这样可控制任务中的9组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03，04，05，06，07，08，09）依次为高电平，这样就控制指灯不断的跑动！
第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。
电路图如下图所示：
此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端，而每9个一组的灯都接一个4017的输出端（共接三个），这样可控制任务中的3组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03）依次为高电平，这样就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环！
1：用来实现两种的跑动不断循第三部分电路环。电路如下图：
此部分电路主要是用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片
来现实。4066BP芯片为模拟开关芯片，它集成了四个模拟开关（在此用到两个），每个模拟开关有2个端子，一个为控制端，主要接高电平或低电平，其佘两个端子为输入输出端。当控制接高电平时，开关接通，控制端接低电平时开关断开。74LS76N芯片为集成JK触发器。在此电路中触发器的J ，K 和清零端都接高电平。这样每给触发器一个触发边沿其输出端就翻转一次。Q端接4066BP的一个开关的控制端。Q非接4066BP的另一个开关的控制端。这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十（09）输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源，其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端，别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端！这样就实现了若第一部分的电路工作时第二部分
电路就不工作。而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。即可实现交替循环工作！
四 安装与调试
1、按照电路图进行接线，按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路，然后把每分块接在一起。对每单元电路进行调试，在对每部分电路进行调试时仿真状态跟设计和预想的一样，没什么大问题。
2、把各单元电路接在一起调试时，3个一组隔0.5s跑动亮的正常，不过9个一组的持续5s的出现错误，就是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作，达不到要设计的要求。
3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出端口用一个或门连起来后就能正常工作了。不过，持续亮5s的功能中，亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的(问题解决不了)。不过总体的功能跟效果还是达到要求。
五、总结与体会
此次的课程设计，是一次难得的锻炼机会，让我们充分的利用所学的专业知识，也充分的发挥自己的想象空间，学会了查找资料的方法，也会了仿真，我感谢这次的的课程设计，他让我对数电的了解更加透彻，，以前在学习理论知识时，只知道一些基本的死理论知识，但是在课程设计时，我学会了理论联系实际的重要，在这次课程设计时，使我深刻的认识到具备扎实的基础理论功底的重要性，只有拥有扎实的理论功底，再在实际生活中注重实践，才能在以后的工作中立于不败之地。
在仔细思考并且参阅各种资料后，我成功的设计完了电路，通过了仿真，但仿真只能说明理论的成功，在连接电路时一定要认真仔细，一点差错都不能有，也许一个线头的出错将使整个电路错误，后果将十分麻烦，即便成功接线后，错误依然可能存在。在调试的过程中遇到一种情况：打开电源开关的瞬间一个红灯亮0.5S然后所有灯全亮，通过运用老师的指导和努力检修查出是系统内部的问题，改正后恢复正常。当所有灯一会正常一会不工作，经仔细检查发现在电源处接触不良，改正后恢复正常。总的来说，本次的课程设计进行的还算顺利，不过对于结果有点不满意，原因就是持续亮5S的功能有点不完善，但总的结果还算达到了设计要求。此次所用的芯片大部分都是基础类型的，当然有极个别芯片的功能不怎么清楚，不过通过此次课程设计，我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识，对其功能也有一定的了解，比如4066，4017。这次的课程设计是我更加熟悉芯
片的功能跟用法，让我更好的运用逻辑门电路，使我所学的知识得到巩固，并且这次的设计培养了我的独立思考的能力和操作的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后都是在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。经过一个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽，在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证，而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜，挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
通过这次课程设计，我受益匪浅，也使我更加深刻的了解了自己的不足，懂得了理论联系实际的重要性，在以后的工作中，我更会注重理论的学习与实践的培养。
六、元器件的清单
元件序
号
U1
U2
U4A
U5
U7A
X1-X27
主要参数 4017BP 5V 4066BP 5V 74S3N 74LS36N 7416N 2.5V 555-virtualtimer 型号 数量 2 1 10 1 1 27 2 备注 模拟开关 或门 JK触发器 反向器 指示灯 555多谐振荡器
七、参考文献
1.《电子技术基础》 康华光主编，高等教育出版社；
2.《数字电子技术基础（第五版）》 阎石主编，高等教育出版社；
3.《电子技术基础实验、设计与仿真》 贾更新编著， 郑州大学出版社；
4.《数字电路设计完全手册》，邓勇、周铎、郑斌编著，国防工业出版社；
5.《电子技术基础课程设计[M]》. 梁宗善,华中理工大学出版社；
6.《数字电路指南》，阮祁忠、蔡声镇编著，福建科学技术出版社；
7.《电子技术课程设计指导[M]》. 彭介华，高等教育出版社。
电气与信息工程系课程设计评分表
指导教师签名：________________ 日 期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表）。
程 设
课程名称 数字电子技术 课题名称 循环彩灯控制器 专 业 电气工程及其自动化 班 级学 号姓 名 指导教师
2011年10 月 17 日
课计
湖南工程学院
课 程 设 计 任 务 书
课题名称
数字电子技术 题 目循环彩灯控制器
专业班级 学生姓名 学号 指导老师 审 批
任务书下达日期 2011年 10 月17 日 设计完成日期 2011年 10 月24 日
目录
一、设计电路的总体思路…………………………………2 二、总原理图及其工作过程………………………………3 1、总原理图………………………………………………3 2、电路完整的工作过程…………………………………3 三、单元电路设计…………………………………………4 四、安装与调试……………………………………………11 五、总结与体会……………………………………………12 六、元器件的清单…………………………………………14 七、参考文献………………………………………………14 八、课程设计成绩评分表…………………………………15
一、设计电路总体的思路
根据设计要求，可画出此电路的框架图
根据该任务要求，我们设计的基本原理是：先红灯，后绿灯，再黄灯，分别按0.5S的速度跑动一次，然后，全部红灯亮5S，再黄灯，后绿灯，各一次。以此循环。根据此要求电路总体上可以分为三部分：一部分电路为控制0.5s的跑动。一部分电路为控制5s的跑动。一部分电路为实现这两种跑动的循环。因此可以选用两个555多谐振荡器（一个周期为0.5秒，一个为5秒）用来控制跑动的速度，再选两个4017芯片，因为4017芯片在正常工作下，连续送入时钟脉冲时，其十个输出端会依次输出高电平。这样可以用一个4017芯片点亮0.5s的跑动，用一个4017芯片来点亮5s的跑动。选用一个JK触发器和模拟开关4066芯片来实现循环功能，即用JK触发器来控制4066芯片的开通和关闭。
二、总原理图及工作过程
1．总原理图
2电路完整工作过程
电路运行时第一部分的555多谐振荡器首先工作不断的给控制着3组灯（3个一组）的4017芯片送去脉冲，从而使4017的十个输出端依次为输出高电平。接到高电平的组灯就会发光。这样就实现先红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次0.5s跑动。当最后的绿灯亮完后，即第一部分的单元电路中的4017的第十个输出端（09）输出高电平时，这就给74LS76触发器送去一个脉冲，于是触发器的Q端就翻转输出低电平使4066模拟开关的一个开关变为断开，从而使第一部分的电路处于不工作状态。而触发器的Q非端同时了输出一
个高电平使4066的另一个开关导通，这时第二部分的电路开始运行。这样就使全部红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。而当绿灯全部亮完后，这时第二部分的4017的第四个输出端（03）输出高电平，也给触发器送去一个脉冲。于Q端和Q非端翻转。这样第二部分的4066的模拟开关断开，控制第二部分的模拟开关断开使第二部分的电路不工作。，而控制着第一部分的4066模拟开关导通，使第一部分的电路工作3个一组的组灯依次点亮、依次跑动。如此实现了3个一组先红灯，后黄灯，再绿灯0.5s依次跑动，让后再9个一组，先红灯，后黄灯，再绿灯持续亮5s.如此循环下去。
三、单元电路设计与参数计算
在整个电路中，其主要的组成部分有：555定时器和4017芯片
组成的 3个一组0.5s依次跑动：
(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是0.5s)
555定时器和4017芯片组成的9个一组持续亮5s的
(由于仿真时，设置的时间跟实际理论计算的不符合，故仿真时时间可能不是5s)
4066和74LS76组成的一个循环电路：
（本来是要用hc4060+CD4013（D触发器，用它做2分频电路）+32768Hz的晶振组成秒定时，产生秒脉冲来做循环电路的，不过由于其中的芯片没接触过也比较复杂，所以就没用此方案，改为用4066和74LS76组成的循环电路。）
设计过程中各个单元的详细原理、电路图和仿真状态如下：
第一部分电路：实现3个一组红灯，后黄灯，再绿灯，分别依次跑动一次的电路，电路如下图：
此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端口，而每3个一组的灯都接一个4017的输出端口，这样可控制任务中的9组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03，04，05，06，07，08，09）依次为高电平，这样就控制指灯不断的跑动！
第二部分电路：用来实现全部9个一组红灯，再黄灯，后绿灯，各亮一次。
电路图如下图所示：
此电路主要用到一个555多谐振荡器和一个4017芯片，4017芯片有十个输出端，而每9个一组的灯都接一个4017的输出端（共接三个），这样可控制任务中的3组灯。
电路中的555多谐振荡器的输出端接4017的脉冲输入控制，555多谐振荡器不断的产生脉冲送入4017芯片的脉冲输入端，从而使4017芯片的输出端（01，02，03）依次为高电平，这样就控制3组指灯持续亮5s依次跑动循环！
1：用来实现两种的跑动不断循第三部分电路环。电路如下图：
此部分电路主要是用一个4066BP芯片和一个74LS76N芯片
来现实。4066BP芯片为模拟开关芯片，它集成了四个模拟开关（在此用到两个），每个模拟开关有2个端子，一个为控制端，主要接高电平或低电平，其佘两个端子为输入输出端。当控制接高电平时，开关接通，控制端接低电平时开关断开。74LS76N芯片为集成JK触发器。在此电路中触发器的J ，K 和清零端都接高电平。这样每给触发器一个触发边沿其输出端就翻转一次。Q端接4066BP的一个开关的控制端。Q非接4066BP的另一个开关的控制端。这样可以使4066BP用到的两个开关一个接通时而另一个就断开。而触发器的脉冲输入端接第一部分电路中的4017的第十（09）输出端口和第二部分电路中的4017的03输出端口的或门的结果。而4066模拟开关用到的两个开关的输入端接12V直流电源，其一个开关的输出端接第一部分电路中的555多谐振荡器电源端，别一个开关输出端接第二部分电路中的555多谐振荡器的电源端！这样就实现了若第一部分的电路工作时第二部分
电路就不工作。而第二部分电路工作时第一部分电路就不工作。即可实现交替循环工作！
四 安装与调试
1、按照电路图进行接线，按照单元电路设计中的方法连接好每一块电路，然后把每分块接在一起。对每单元电路进行调试，在对每部分电路进行调试时仿真状态跟设计和预想的一样，没什么大问题。
2、把各单元电路接在一起调试时，3个一组隔0.5s跑动亮的正常，不过9个一组的持续5s的出现错误，就是0.5s和5s的两个功能电路都一起工作，达不到要设计的要求。
3、把0.5s跑动单元电路中的4017芯片的第十个输出端口和持续亮5s的单元电路中的4017芯片的第四个输出端口用一个或门连起来后就能正常工作了。不过，持续亮5s的功能中，亮黄跟绿灯时会有三个红灯也一起亮的(问题解决不了)。不过总体的功能跟效果还是达到要求。
五、总结与体会
此次的课程设计，是一次难得的锻炼机会，让我们充分的利用所学的专业知识，也充分的发挥自己的想象空间，学会了查找资料的方法，也会了仿真，我感谢这次的的课程设计，他让我对数电的了解更加透彻，，以前在学习理论知识时，只知道一些基本的死理论知识，但是在课程设计时，我学会了理论联系实际的重要，在这次课程设计时，使我深刻的认识到具备扎实的基础理论功底的重要性，只有拥有扎实的理论功底，再在实际生活中注重实践，才能在以后的工作中立于不败之地。
在仔细思考并且参阅各种资料后，我成功的设计完了电路，通过了仿真，但仿真只能说明理论的成功，在连接电路时一定要认真仔细，一点差错都不能有，也许一个线头的出错将使整个电路错误，后果将十分麻烦，即便成功接线后，错误依然可能存在。在调试的过程中遇到一种情况：打开电源开关的瞬间一个红灯亮0.5S然后所有灯全亮，通过运用老师的指导和努力检修查出是系统内部的问题，改正后恢复正常。当所有灯一会正常一会不工作，经仔细检查发现在电源处接触不良，改正后恢复正常。总的来说，本次的课程设计进行的还算顺利，不过对于结果有点不满意，原因就是持续亮5S的功能有点不完善，但总的结果还算达到了设计要求。此次所用的芯片大部分都是基础类型的，当然有极个别芯片的功能不怎么清楚，不过通过此次课程设计，我对这些未曾接触过的芯片都有一定的认识，对其功能也有一定的了解，比如4066，4017。这次的课程设计是我更加熟悉芯
片的功能跟用法，让我更好的运用逻辑门电路，使我所学的知识得到巩固，并且这次的设计培养了我的独立思考的能力和操作的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后都是在老师的辛勤指导下，终于迎刃而解。经过一个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽，在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证，而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜，挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
通过这次课程设计，我受益匪浅，也使我更加深刻的了解了自己的不足，懂得了理论联系实际的重要性，在以后的工作中，我更会注重理论的学习与实践的培养。
六、元器件的清单
元件序
号
U1
U2
U4A
U5
U7A
X1-X27
主要参数 4017BP 5V 4066BP 5V 74S3N 74LS36N 7416N 2.5V 555-virtualtimer 型号 数量 2 1 10 1 1 27 2 备注 模拟开关 或门 JK触发器 反向器 指示灯 555多谐振荡器
七、参考文献
1.《电子技术基础》 康华光主编，高等教育出版社；
2.《数字电子技术基础（第五版）》 阎石主编，高等教育出版社；
3.《电子技术基础实验、设计与仿真》 贾更新编著， 郑州大学出版社；
4.《数字电路设计完全手册》，邓勇、周铎、郑斌编著，国防工业出版社；
5.《电子技术基础课程设计[M]》. 梁宗善,华中理工大学出版社；
6.《数字电路指南》，阮祁忠、蔡声镇编著，福建科学技术出版社；
7.《电子技术课程设计指导[M]》. 彭介华，高等教育出版社。
电气与信息工程系课程设计评分表
指导教师签名：________________ 日 期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表）。